98、透明导电涂层与各向异性导电胶粘剂技术解析

透明导电涂层与各向异性导电胶粘剂技术解析

在当今的显示和电子行业中，透明导电涂层和各向异性导电胶粘剂（ACAs）是两项至关重要的技术。它们在提升设备性能、实现新功能方面发挥着关键作用。下面将详细介绍这两项技术的特点、应用及发展前景。

透明导电涂层

单壁碳纳米管（SWNT）填充聚合物涂层的优势

在透明导电涂层领域，单壁碳纳米管（SWNT）填充聚合物涂层展现出了独特的优势。与传统的填充导电聚合物相比，SWNT填充聚合物涂层具有更小的填料尺寸和更高的导电性。通常，薄片的厚度约为200纳米，另外两个维度为几微米，而SWNT的直径仅为0.7 - 2纳米，长径比达到1000:1，这使得填料尺寸显著减小。同时，由于SWNT具有更高的导电性，仅需0.04%的SWNT填料负载量就能制成导电薄膜，而球形填料的负载量则需大于5%。这种减小的尺寸和用量使得导电聚合物比传统填充导电聚合物更加透明。

在性能方面，SWNT填充聚合物涂层在可见光透过率为90%、方块电阻为200 Ω/sq时，已经能够与氧化铟锡（ITO）涂层相媲美。当所需电阻率高于200 Ω/sq时，SWNT涂层表现更优。随着涂层厚度的减小，沉积具有更高电阻率的ITO变得越来越困难，甚至可能出现不连续的情况，而SWNT涂层则更容易实现高电阻率。此外，SWNT涂层具有更好的柔韧性，能够承受折叠而不损坏，而陶瓷ITO在严重弯曲时会出现裂纹。与聚（3,4 - 乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）涂层相比，在200 - 300 Ω/sq的范围内，SWNT涂层的透明度高出约10%。

然而，SWNT填充聚合物涂层要完全取代导电聚合物或ITO还面临一些挑战。目前，SWNT的生产规模需要大幅扩大，并且需要改进分选和过滤技术。当前生产的纳米管直径各异，包含单壁和多壁管的混合物。为了充分发挥材料的性能，需要将SWNT与多壁碳纳米管（MWNT）分离，并按直径对SWNT进行分类。虽然SWNT的性能比MWNT约高10倍，但MWNT更容易生产，目前在开发试验中使用更多。从长远来看，随着制造、分选和尺寸控制技术的改进，SWNT的成本将降低，供应量将增加，有望成为首选材料。

其他附加涂层

在使用透明导电氧化物（TCO）涂层的聚合物薄膜用于显示器或触摸屏等应用时，还需要考虑其他附加涂层。光学涂层的性能取决于所有涉及层的透过率、反射率和吸收率。在材料之间的每个过渡处，可能会发生反射，反射的大小取决于两种材料折射率的不匹配程度。以ITO涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜为例，ITO的折射率为2.0，空气的折射率为1.0，PET的折射率为1.5。

当ITO涂层的PET薄膜用于触摸屏时，顶部表面通常是PET，这是一种较软的聚合物，容易被指甲刮伤。因此，PET通常会涂上一层硬涂层，精心选择的硬涂层可以减少空气与PET之间折射率不匹配导致的前表面反射。这可以通过选择合适的材料或对表面进行纹理处理来实现，控制表面粗糙度可以使涂层和空气的比例达到一定平衡，从而降低有效表面折射率。

ITO与PET界面也存在类似的折射率不匹配问题，已经有研究对初始沉积的ITO折射率进行梯度处理，使其与PET更好地匹配，从而减少反射。此外，PET与空气、空气与聚合物或玻璃之间的界面也可能存在反射。在某些情况下，空气间隙已被折射率匹配的聚合物取代，进一步减少了反射。

另一种选择是沉积交替的高折射率和低折射率光学堆叠层，优化其作为抗反射涂层的性能。这种方法在选定的波长下效果很好，但在其他波长下可能效果不佳。可以通过增加涂层层数来改善，但这会增加成本。一些抗反射涂层在使用初期效果良好，但随着表面被手指油脂污染，性能会逐渐下降。因此，研究人员正在开发兼具导电性和低表面能等功能的抗反射涂层，以实现防粘或防涂鸦性能。

其他多层选项包括使用ITO涂层作为非常薄的金属涂层（如银或金）的抗反射涂层。非常薄的金属层约7纳米厚，已经具有一定的透明度，通过在两侧使用ITO作为抗反射涂层，可以提高可见光透过率。使用薄金属的优点是可以在不加热基板的情况下提高导电性，但会牺牲一些可见光透过率。

各向异性导电胶粘剂（ACAs）

简介

各向异性导电胶粘剂（ACAs）是一类结合了环氧树脂或丙烯酸胶粘剂与导电颗粒的材料，用于实现原本仅为机械粘合组件的电气连接。与各向同性导电胶粘剂（如银环氧树脂）不同，ACAs中的导电颗粒以特定方式加载和分布，使得它们在胶粘剂内部不导电，但在上下基板的电极之间被捕获时，能够在Z轴方向导电。这使得ACAs与各向同性胶粘剂或各种焊接技术相比，具有一些独特的优势。在触摸屏应用中，这些优势主要体现在低温和高互连密度能力方面，同时成本和组装速度也是需要考虑的因素。

ACAs广泛应用于显示和电子组装行业。在平板显示器中，它们用于连接驱动电路和显示器本身。此外，它们还广泛应用于需要高密度和/或低温组装的其他应用，如触摸屏、手机相机模块、笔记本电脑触摸板和智能卡的射频识别（RFID）组件。虽然ACAs在半导体封装中也有一定应用，但由于这些应用对可靠性的要求较高，ACA技术并不总是能够满足需求。

材料

目前，各向异性导电膜（ACF）比各向异性导电膏（ACP）更为常见，但随着材料和工艺技术的成熟，这种情况正在发生变化。ACF的主要优势在于，在材料浇铸在离型膜上并经过固化阶段后，其内部导电颗粒的分布可以在制造商处固定。在ACF最终组装过程中进行热压之前，这些颗粒被锁定在固体胶粘剂基质中，防止其移动。相反，ACP在制造后可能会沉淀，使用前必须充分混合。在分配过程中，ACP中的颗粒可能会在通过针头时团聚，导致分布不均匀。由于材料浪费成本较高，ACP不常用于印刷。

ACF通常以卷轴形式供应，长度分别为50米、100米和200米，宽度可窄至1.0毫米。ACP则以各种行业标准的注射器尺寸供应。两者在储存时通常需要冷藏，温度一般为0 - 5°C。ACP的适用期差异很大，但通常小于24小时，而ACF从原包装中取出后可使用长达2周。

ACAs通常由胶粘剂类型、颗粒类型和颗粒负载量来定义。例如，一种基础规格可能是使用环氧树脂粘合剂，填充直径为9微米的镍 - 金镀覆聚合物球体，负载量为750,000个颗粒/立方毫米。胶粘剂系统和颗粒类型取决于组装类型，而所需的负载量则取决于互连密度。以下是不同ACAs的一些关键特性和应用：
| 特性 | 应用 |
| ---- | ---- |
| 环氧树脂粘合剂，镍 - 金镀覆聚合物球体 | 适用于需要高可靠性和良好导电性的组装 |
| 丙烯酸粘合剂，镍颗粒 | 适用于低温固化和快速组装的应用 |
| 不同颗粒负载量 | 根据互连密度调整 |

ACAs中使用的镍和聚合物球体可能镀有金或镍 - 金，而镍粉和焊料颗粒通常不镀覆。使用的焊料合金为无铅合金，成分可能有所不同。镍和焊料颗粒可用于有机可焊性保护剂（OSP）处理的基板，而聚合物颗粒需要导电表面，如金、银或锡。

常用的环氧树脂胶粘剂通常是无溶剂的单组分联苯酚，带有咪唑促进剂。固化温度在150 - 220°C之间，固化时间为5 - 15秒。丙烯酸基ACAs在130 - 180°C下固化，时间为3 - 10秒。

制造工艺

ACA的组装过程对于所有类型的组件基本相同，仅在使用膏体分配或薄膜层压方面有所不同。对于ACF薄膜，首先将材料层压到基板上，然后去除离型膜，露出ACF的顶面。接着，将组件的上半部分与基板对齐并安装，类似于表面贴装技术（SMT）的安装过程。最后，通过加热使胶粘剂固化，将组件粘合在一起。虽然可以将安装和粘合步骤合并为一步，但为了提高高产量应用的吞吐量，通常会将它们分开进行。

目前，最高吞吐量的通用生产线使用多个ACF层压、安装和粘合头，每个粘合组件的总周期时间可控制在2秒以内。半自动或自动机器每个头的典型周期时间如下表所示：
| 机器类型 | 层压时间 | 安装时间 | 粘合时间 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 半自动 | [具体时间1] | [具体时间2] | [具体时间3] |
| 自动 | [具体时间4] | [具体时间5] | [具体时间6] |

使用ACP的RFID组装专用生产线的吞吐量可达每小时10,000个单元。

综上所述，透明导电涂层和各向异性导电胶粘剂在显示和电子行业中具有重要的应用前景。随着技术的不断发展和改进，它们将为这些行业带来更多的创新和发展机遇。未来，我们可以期待看到这些技术在更多领域的应用，以及性能的进一步提升。

下面是ACA组装过程的mermaid流程图：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(开始):::process --> B(选择ACF或ACP):::process
    B -->|ACF| C(层压到基板):::process
    B -->|ACP| D(分配到基板):::process
    C --> E(去除离型膜):::process
    D --> F(混合均匀):::process
    E --> G(对齐上半部分组件):::process
    F --> G
    G --> H(安装组件):::process
    H --> I(加热固化):::process
    I --> J(完成组装):::process

这个流程图展示了ACA组装过程的主要步骤，包括材料选择、层压或分配、组件对齐、安装和固化等环节。通过这个流程图，可以更直观地了解ACA组装的整个过程。

透明导电涂层与各向异性导电胶粘剂技术解析（续）

透明导电涂层的应用拓展与发展趋势

透明导电涂层在众多领域有着广泛的应用前景。除了显示器和触摸屏，还可用于太阳能电池、智能窗户等领域。在太阳能电池中，透明导电涂层可以作为电极，提高电池的光电转换效率。智能窗户则可以通过调节透明导电涂层的电学性能，实现窗户的透光率调节，达到节能的目的。

未来，透明导电涂层的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 材料创新 ：寻找替代ITO的新材料，以解决ITO资源稀缺和成本较高的问题。除了SWNT，石墨烯、金属纳米线等材料也具有良好的导电性和透明度，有望成为未来透明导电涂层的主流材料。
2. 性能提升 ：进一步提高涂层的导电性、透明度和柔韧性，以满足不同应用场景的需求。例如，在可穿戴设备中，需要涂层具有更高的柔韧性和耐弯曲性能。
3. 多功能集成 ：将透明导电涂层与其他功能涂层相结合，实现多功能一体化。如前面提到的兼具抗反射、导电和防粘性能的涂层，未来可能会有更多功能集成的涂层出现。

各向异性导电胶粘剂的可靠性测试

为了确保各向异性导电胶粘剂（ACAs）在实际应用中的可靠性，需要进行一系列的测试。以下是一些常见的可靠性测试项目：
1. 电气性能测试 ：包括测量电阻、接触电阻等参数，以评估ACAs的导电性能。通过定期监测这些参数的变化，可以判断ACAs在长期使用过程中的稳定性。
2. 机械性能测试 ：测试ACAs的剪切强度、拉伸强度等机械性能，以确保其在组装过程和实际使用中能够承受一定的外力。例如，在触摸屏的使用过程中，ACAs需要承受手指触摸和按压的力量。
3. 环境适应性测试 ：模拟不同的环境条件，如高温、低温、高湿度等，测试ACAs在这些环境下的性能变化。这有助于评估ACAs在不同气候条件下的可靠性。
4. 老化测试 ：通过加速老化的方法，模拟ACAs在长时间使用后的性能变化。例如，将样品放置在高温高湿的环境中一段时间，然后测试其性能，以预测其在实际使用中的寿命。

不同的应用场景对ACAs的可靠性要求不同，因此需要根据具体需求选择合适的测试项目和标准。以下是一个简单的可靠性测试流程：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(开始):::process --> B(样品准备):::process
    B --> C(电气性能测试):::process
    C --> D(机械性能测试):::process
    D --> E(环境适应性测试):::process
    E --> F(老化测试):::process
    F --> G(数据分析):::process
    G --> H(结果评估):::process
    H --> I(结束):::process

各向异性导电胶粘剂的未来展望

随着电子设备不断向小型化、高性能化和多功能化发展，各向异性导电胶粘剂（ACAs）的市场需求也将不断增加。未来，ACAs有望在以下几个方面取得进一步的发展：
1. 更高的互连密度 ：随着电子设备中芯片和元件的集成度不断提高，对互连密度的要求也越来越高。ACAs可以通过优化导电颗粒的分布和设计，实现更高的互连密度。
2. 更低的成本 ：目前，ACAs的成本相对较高，限制了其在一些大规模应用中的推广。未来，随着材料和制造工艺的改进，ACAs的成本有望降低，从而扩大其应用范围。
3. 更好的兼容性 ：ACAs需要与不同的基板材料和电子元件兼容。未来，研发具有更好兼容性的ACAs，能够适应更多种类的组装需求。
4. 环保性能提升 ：在环保意识日益增强的今天，对ACAs的环保性能也提出了更高的要求。未来的ACAs将朝着无铅、无卤等环保方向发展。

总结

透明导电涂层和各向异性导电胶粘剂在显示和电子行业中扮演着重要的角色。透明导电涂层通过不断创新材料和提升性能，为电子设备带来更好的视觉体验和功能实现。各向异性导电胶粘剂则凭借其独特的导电特性和优势，满足了电子组装中低温、高互连密度等需求。

在未来的发展中，这两项技术都将不断进步和完善。透明导电涂层将朝着材料创新、性能提升和多功能集成的方向发展，而各向异性导电胶粘剂则将在互连密度、成本、兼容性和环保性能等方面取得突破。相信随着技术的不断发展，它们将为电子行业带来更多的创新和变革。

通过对这两项技术的深入了解和研究，我们可以更好地把握电子行业的发展趋势，为相关产品的研发和应用提供有力的支持。无论是在学术研究还是工业应用中，这两项技术都具有广阔的前景和巨大的潜力。